台风与的海洋交互作用-热力篇.doc

Gary在1968年研究中所提出的热带气旋形成条件中，提到了SST摄氏26度为其中之一的条件，原因无他，乃是由于高海温条件下的热带海洋有助于提供潜热通量上传，有助于初始积云对流形成并在适当情况下进一步成为扰动。 ?? ? ? 事实上早在1948年知名学者Palmen的研究中就提到了上层海洋温度必须够暖才能使海洋维持足够能量以提供湿对流给大气，在当时尚未了解大致的数值为何，直到Gary在1968年研究中提出的26度概念方才明白，后来为了更进一步的计算海洋中26度的水层厚度所具有的热含量大小对于低层大气不稳定度的影响，在Leipper and Volgenau (1972)的研究中定义了一个相当重要的参数：“海洋热含量(Ocean Heat Content)”简称OHC，定义如下：（Cp为定压比容(常数)，ρ为海水密度(一般为常数)，D26为26度等温线的厚度，T(z)为海表面温度(SST）），乃是海表面温度与26度之温差对26度暖水层厚度的积分(若版上的朋友们没学过微积分没关係，基本上可将此数值看成”温度≧26度的海洋暖水层厚度”即可)，理论上当≧26度的海洋暖水层厚度越厚，或海表面温度(SST)越高，海洋的OHC值越大，越有利于热带气旋生成或增强，由于考量到此数值和热带气旋生成发展之关係，有学者亦将此值称为”热带气旋热潜势”( Tropical Cyclone Heat Potential (TCHP))，单位：KJ/cm2。 ?? ?对于TCHP而言，考虑海表面温度与26度线的温差乘上≧26度的海洋暖水层厚度两个变数，由于SST一般甚少超过32度，而暖水层厚度往往动辄达百公尺，变化单位也常常≧数十公尺，故暖水层厚度值才是影响TCHP大小的主因。 ?? ?　因此比起直接看SST分布，看TCHP分布更能客观反映出海洋条件对于热带气旋的生成发展之影响为何，毕竟海洋是有厚度的对吧。下面就是NOAA对于西太平洋海域观测之TCHP日变化分布图： /phod/cyclone/data/np.html (左上角那张) (右上角是26度等温线的厚度分布，右下角则是海表面温度分布，左下角则是海表面高度(SSHA)，海高的应用将会在接下来介绍) 。 ?? ? ? 因此在颱风与海洋交互作用过程中，上层海洋热力结构对于热带气旋影响的类型与程度，必须透过了解此交互过程中TCHP的变化来加以探讨，经过学界长期以来对于热带气旋海气交互作用的研究，在热带气旋强度发展过程与海洋热含量变化的关係上，目前主要探讨以下数种过程： 1.颱风引发上层海表面冷却作用对于海洋热含量之影响。2.海洋前置条件(涡漩，洋流)对于海洋热含量之影响。3.其他大气运动系统(例如ITCZ)对于海洋热含量之影响。?? ?在接下来的文章中将初步说明现有研究对于上述三种过程的探讨。 -------------1.颱风引发上层海表面冷却作用对于海洋热含量之影响------------- A.颱风引发海表面冷却之机制： ?? ? ? 颱风因其强劲风力以及所经过海域的热力结构不同，乃至于颱风的移速快慢云系遮蔽等原因，常常在经过海域留下大片的冷水区，此种因颱风引发的大范围海表面温度冷却区域称为”Cold Wake”，如下图所示2013年苏力颱风侵台期间在日本南方海面留下的Cold Wake： 图片来源： Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (AOML), NOAA. ? ? ? 颱风引发的海温冷却机制近年来已经被科学家利用观测资料分析以及数值实验归纳出几个比较重要的因素，以下利用Shay(2009)之研究中对于颱风引发的海洋冷却机制效应作一简单介绍： 图片来源：Shay(2009) 以上图(b)说明：1.流切逸入作用(Shear-driven entrainment heat fluxes)：即图中位于颱风中心右侧的mixing作用，此作用只能位于颱风中心右侧，原因后述，在所有颱风海洋交互作用之能量收支过程中，此效应最重要，在一次颱风经过海洋的交互过程中此效应约造成60~85%的能量耗散，也是最主要的TCHP消耗作用以及海温冷却机制的主要成因。2.海表面热通量上传(Seasurface heat flux)：即图中左上Q0，在一次颱风经过海洋的交互过程中此效应约造成5~15%的能量耗散，是较其次的TCHP消耗作用以及海温冷却机制。3.Ekman抽吸作用引发涌升流(upwelling)：即图中下方冷涌升流(upwelling)作用，此机制乃是由颱风风场引发之艾克曼抽吸作用所致 ，详细机制后述，在一次颱风经过海洋的交互过程中此效应约造成